análisis de carbón son métodos analíticos específicos diseñados para medir las propiedades físicas y químicas particulares de los carbones . Estos métodos se utilizan principalmente para determinar la idoneidad de carbón para coquización , la generación de energía o para el mineral de hierro de fundición en la fabricación de acero .
Propiedades químicas del carbón [ editar ]
El carbón se presenta en cuatro tipos principales o rangos: lignito o carbón marrón , carbón bituminoso o carbón negro, antracita y grafito . Cada tipo de carbón tiene un cierto conjunto de parámetros físicos que en su mayoría están controlados por la humedad, el contenido volátil (en términos de hidrocarburos alifáticos o aromáticos ) y el contenido de carbono.
Humedad [ editar ]
La humedad es una propiedad importante del carbón, ya que todos los carbones se extraen en húmedo. El agua subterránea y otra humedad extraña se conoce como humedad adventicia y se evapora fácilmente. La humedad contenida en el propio carbón se conoce como humedad inherente y se analiza cuantitativamente. La humedad puede ocurrir en cuatro formas posibles dentro del carbón:
- Humedad de la superficie : agua contenida en la superficie de partículas de carbón o macerales
- Humedad higroscópica : agua retenida por acción capilar dentro de las microfracturas del carbón.
- Humedad de descomposición : agua contenida dentro de los compuestos orgánicos descompuestos del carbón.
- Humedad mineral : agua que comprende parte de la estructura cristalina de silicatos hidratados como las arcillas.
La humedad total se analiza por pérdida de masa entre una muestra no tratada y la muestra una vez analizada. Esto se logra por cualquiera de los siguientes métodos;
- Calentando el carbón con tolueno.
- Secado en un horno de espacio libre mínimo a 150 ° C (302 ° F) dentro de una atmósfera de nitrógeno
- Secado al aire a 100 a 105 ° C (212 a 221 ° F) y pérdida de masa relativa determinada
Los métodos 1 y 2 son adecuados para carbones de bajo rango, pero el método 3 solo es adecuado para carbones de alto rango, ya que los carbones de bajo rango de secado al aire libre pueden promover la oxidación. La humedad inherente se analiza de manera similar, aunque se puede hacer en un vacío.
La materia volátil [ editar ]
La materia volátil en el carbón se refiere a los componentes del carbón, excepto la humedad, que se liberan a altas temperaturas en ausencia de aire. Normalmente es una mezcla de hidrocarburos de cadena corta y larga, hidrocarburos aromáticos y algo de azufre. La materia volátil también evalúa la aplicación de adsorción de un carbón activado. La materia volátil del carbón se determina bajo estándares rígidamente controlados. En loslaboratorios australianos y británicos , esto implica calentar la muestra de carbón a 900 ± 5 ° C (1650 ± 10 ° F) durante 7 min.
Ceniza [ editar ]
El contenido de ceniza del carbón es el residuo no combustible que queda después de que el carbón se quema. Representa la materia mineral a granel después de que el carbono, el oxígeno, el azufre y el agua (incluso de las arcillas) se hayan eliminado durante la combustión. El análisis es bastante sencillo, con el carbón completamente quemado y el material de ceniza expresado como un porcentaje del peso original. También puede dar una indicación sobre la calidad del carbón. El contenido de ceniza se puede determinar como secado al aire y en horno. La principal diferencia entre los dos es que este último se determina después de expulsar el contenido de humedad en la muestra de carbón.
Carbono fijo [ editar ]
El contenido de carbono fijo del carbón es el carbono que se encuentra en el material que queda después de que se eliminan los materiales volátiles. Esto difiere del contenido de carbono final del carbón porque parte del carbono se pierde en los hidrocarburos con los volátiles. El carbono fijo se utiliza como una estimación de la cantidad de coque que se producirá a partir de una muestra de carbón. El carbono fijo se determina eliminando la masa de compuestos volátiles determinada por la prueba de volatilidad, arriba, de la masa original de la muestra de carbón.
Propiedades físicas y mecánicas [ editar ]
Densidad relativa [ editar ]
La densidad relativa o la gravedad específica del carbón depende del rango del carbón y del grado de impureza mineral. El conocimiento de la densidad de cada juego de carbón es necesario para determinar las propiedades de los compuestos y las mezclas. La densidad de la veta de carbón es necesaria para la conversión de recursos en reservas.
La densidad relativa normalmente se determina por la pérdida del peso de una muestra en el agua. Esto se logra mejor usando carbón finamente molido, ya que las muestras a granel son bastante porosas. Para determinar los tonelajes de carbón en el lugar, sin embargo, es importante preservar el espacio vacío al medir la gravedad específica.
Distribución de tamaño de partículas [ editar ]
La distribución del tamaño de partícula del carbón molido depende en parte del rango del carbón, que determina su fragilidad, y de la manipulación, trituración y molienda que ha sufrido. En general, el carbón se utiliza en hornos y hornos de coque en un tamaño determinado, por lo que debe determinarse la capacidad de trituración del carbón y cuantificarse su comportamiento. Es necesario conocer estos datos antes de extraer el carbón, para poder diseñar una maquinaria adecuada de trituración que optimice el tamaño de las partículas para el transporte y uso.
Prueba de flotación del disipador [ editar ]
Las capas y partículas de carbón tienen diferentes densidades relativas, determinadas por el contenido de vitrinita , el rango, el valor de ceniza / contenido de mineral y la porosidad. El carbón generalmente se lavapasándolo sobre un baño de líquido de densidad conocida. Esto elimina las partículas de alto valor de ceniza y aumenta la capacidad de venta del carbón, así como su contenido de energía por unidad de volumen. Por lo tanto, los carbones deben someterse a una prueba de flotación-fregadero en el laboratorio, que determinará el tamaño de partícula óptimo para el lavado, la densidad del líquido de lavado requerido para eliminar el valor máximo de ceniza con el trabajo mínimo.
La prueba Float-Sink se logra en carbón triturado y pulverizado en un proceso similar a la prueba metalúrgica en mineral metálico .
Análisis de la abrasión [ editar ]
La abrasión es propiedad del carbón, que describe su propensión y capacidad para desgastar la maquinaria y someterse a la molienda autónoma. Mientras que la materia carbonosa en el carbón es relativamente blanda, el cuarzo y otros componentes minerales en el carbón son bastante abrasivos. Esto se prueba en un molino calibrado, que contiene cuatro hojas de masa conocida. El carbón se agita en el molino durante 12,000 revoluciones a una velocidad de 1,500 revoluciones por minuto (IE 1500 revolución durante 8 minutos). El índice de abrasión se determina midiendo la pérdida de masa de las cuatro cuchillas metálicas.
Pruebas de combustión especiales [ editar ]
Energía específica [ editar ]
Además de los análisis físicos o químicos para determinar el manejo y el perfil de contaminantes de un carbón, la producción de energía de un carbón se determina utilizando un calorímetro de bomba que mide la producción de energía específica de un carbón durante la combustión completa. Esto es necesario especialmente para los carbones utilizados en la generación de vapor.
Prueba de fusión de la ceniza [ editar ]
El comportamiento del residuo de ceniza del carbón a alta temperatura es un factor crítico en la selección de carbones para la generación de energía de vapor. La mayoría de los hornos están diseñados para eliminar las cenizas como un residuo en polvo. El carbón que tiene ceniza que se funde en una escoria dura y vítrea conocida como clinker es generalmente insatisfactorio en los hornos, ya que requiere limpieza. Sin embargo, los hornos pueden diseñarse para manejar el clinker, generalmente retirándolo como un líquido fundido.
Las temperaturas de fusión de las cenizas se determinan viendo un espécimen moldeado de las cenizas de carbón a través de una ventana de observación en un horno de alta temperatura. La ceniza, en forma de cono, pirámide o cubo, se calienta de manera constante por encima de 1000 ° C hasta la temperatura más alta posible, preferiblemente 1.600 ° C (2,910 ° F). Se registran las siguientes temperaturas;
- Temperatura de deformación : se alcanza cuando las esquinas del molde se redondean por primera vez
- Temperatura de ablandamiento (esfera) : se alcanza cuando la parte superior del molde adquiere una forma esférica.
- Temperatura del hemisferio : se alcanza cuando todo el molde toma una forma de hemisferio
- Temperatura del flujo (fluido) : se alcanza cuando la ceniza fundida se colapsa en un botón aplanado en el piso del horno.
Índice de hinchamiento del crisol (índice de hinchamiento libre) [ editar ]
La prueba más simple para evaluar si un carbón es adecuado para la producción de coque es la prueba del índice de hinchamiento libre. Esto implica calentar una pequeña muestra de carbón en un crisol estandarizado a alrededor de 800 grados Celsius (1500 ° F).
Después de calentar durante un tiempo específico, o hasta que todos los volátiles se eliminen, un pequeño botón de coque permanece en el crisol. El perfil de sección transversal de este botón de coque comparado con un conjunto de perfiles estandarizados determina el Índice de hinchamiento libre.
Después de calentar durante un tiempo específico, o hasta que todos los volátiles se eliminen, un pequeño botón de coque permanece en el crisol. El perfil de sección transversal de este botón de coque comparado con un conjunto de perfiles estandarizados determina el Índice de hinchamiento libre.
Clasificación del carbón por rango [ editar ]
Varios estándares internacionales clasifican los carbones por su rango, donde el rango creciente corresponde al carbón con un mayor contenido de carbono. El rango del carbón está correlacionado con su historia geológica, como se describe en la ley de Hilt .
En el sistema ASTM, cualquier carbón con más de 69% de carbono fijo se clasifica por su contenido de carbono y volátiles. El carbón con menos del 69% de carbono fijo se clasifica por su valor calorífico . Los volátiles y el carbono se encuentran en una base seca sin minerales; El valor de calentamiento se basa en el contenido de humedad según se extrae, pero sin agua libre.
La ISO tiene un sistema de clasificación de carbón que también clasifica los carbones; Las subdivisiones no se alinean con la norma ASTM.
| Clase | Grupo | Carbono fijo% seco, libre de minerales | Materia volátil% seco, libre de minerales | Valor calorífico MJ / kg Humedad, libre de minerales |
|---|---|---|---|---|
| Antracita | Meta antracita | > 98 | <2 font=""> | |
| Antracita | 92-98 | 2- 8 | ||
| Semi antracita | 86- 92 | 8 - 14 | ||
| Bituminoso | Baja volatilidad | 78-86 | 14-22 | |
| Volátil medio | 69-78 | 22-31 | ||
| Alto volátil A | <69 font=""> | > 31 | > 32.6 | |
| Alto volátil B | 30.2-32.6 | |||
| Alto volátil C | 26.7-30.2 | |||
| Subbituminosos | Subbituminosa A | 24.4-26.7 | ||
| Subbituminosa b | 22.1- 24.4 | |||
| C subbituminosa | 19.3 - 22.1 | |||
| Lignito | Lignito A | 14.7 - 19.3 | ||
| Lignito B | <14 .7="" font=""> |
El análisis colorimétrico es un método para determinar la concentración de un elemento químico o compuesto químico en una solución con la ayuda de un reactivo de color . Es aplicable tanto a los compuestos orgánicos y compuestos inorgánicos y se puede utilizar con o sin un enzimática etapa. El método es ampliamente utilizado en laboratorios médicos y para fines industriales, por ejemplo, el análisis de muestras de agua en relación con el tratamiento de aguas industriales .
Equipo [ editar ]
El equipo requerido es un colorímetro , algunas cubetas y un reactivo de color adecuado. El proceso puede ser automatizado, por ejemplo, mediante el uso de un analizador automático o por análisis de inyección de flujo . Recientemente, los análisis colorimétricos desarrollados para colorímetros se han adaptado para su uso con lectores de placas para acelerar el análisis y reducir el flujo de desechos. [1]
Los métodos no enzimáticos [ editar ]
Ejemplos [ editar ]
- Calcio
- Cobre
- Creatinina
- Planchar
- Fosfato (inorganico)
Métodos enzimáticos [ editar ]
En el análisis enzimático (que se usa ampliamente en los laboratorios médicos ), la reacción de color está precedida por una reacción catalizada por una enzima . Como la enzima es específica de un sustrato particular , se pueden obtener resultados más precisos. El análisis enzimático siempre se lleva a cabo en una solución tampón a una temperatura específica (generalmente a 37 ° C) para proporcionar las condiciones óptimas para que actúen las enzimas. Los ejemplos siguen.
Ejemplos [ editar ]
- Colesterol (método CHOD-PAP)
- Colesterol + oxígeno - (enzima colesterol oxidasa ) -> colestenona + peróxido de hidrógeno
- Peróxido de hidrógeno + 4- aminofenazona + fenol - (enzima peroxidasa ) -> complejo coloreado + agua [7]
- Glucosa (método DIOS-Perid)
- Glucosa + oxígeno + agua - (enzima glucosa oxidasa ) -> gluconato + peróxido de hidrógeno
- Peróxido de hidrógeno + ABTS - (enzima peroxidasa ) -> complejo coloreado [8]
En este caso, ambas etapas de la reacción son catalizadas por enzimas.
- Triglicéridos (método GPO-PAP)
- Triglicéridos + agua - (enzima esterasa ) -> glicerol + ácido carboxílico
- Glicerol + ATP - (enzima glicerol quinasa ) -> glicerol-3-fosfato + ADP
- Glicerol-3-fosfato + oxígeno - (enzima glicerol-3-fosfato oxidasa ) -> fosfato de dihidroxiacetona + peróxido de hidrógeno
- Peróxido de hidrógeno + 4- aminofenazona + 4- clorofenol - (enzima peroxidasa ) -> complejo coloreado [9]
- Urea
- Urea + agua - ( ureasa enzimática ) -> carbonato de amonio
- Carbonato de amonio + fenol + hipoclorito ----> complejo coloreado [10]
En este caso, solo la primera etapa de la reacción es catalizada por una enzima. La segunda etapa es no enzimática.
- Abreviaturas
- CHOD = colesterol oxidasa
- DIOS = glucosa oxidasa
- GPO = glicerol-3-fosfato oxidasa
- PAP = fenol + aminofenazona (en algunos métodos, el fenol se reemplaza por 4-clorofenol , que es menos tóxico)
- Perid = peroxidasa
Métodos ultravioleta [ editar ]
En los métodos ultravioleta (UV) no hay un cambio de color visible, pero el principio es exactamente el mismo, es decir, la medición de un cambio en la absorbancia de la solución. Los métodos UV usualmente miden la diferencia de absorbancia a 340 nm de longitud de onda entre la nicotinamida adenina dinucleótido (NAD) y su forma reducida (NADH).
Ejemplos [ editar ]
- Piruvato
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